图像监视在蓄电池在线监测装置总站平台系统的应用研究

摘 要：图像监视技术是变电站无人值守的重要基础。文章结合当前视频技术、计算机技术和图像视频分析技术的发展，介绍基于图像监视技术在蓄电池在线监测装置总站平台系统的应用研究。

关键词：蓄电池；智能视频；分析

1 概述

在当前的生产生活中，为保证重要设备和应急使用时的不间断供电和可靠安全运行，蓄电池组作为交流失电或事故应急时的唯一能量供给设备已广泛应用在各行各业的大型计算机网络系统中，承担了越来越重要的紧急电力备份任务。蓄电池组作为整个直流系统的后备电源，是整个电源系统的最后一道供电保障，当交流电失电时蓄电池组一旦不能正常工作，整个直流系统将停运，会造成比较大的运行事故。

当前对于蓄电池管理和运维的技术手段比较有限，变电站多分布于比较便远的地区，且数量较多，现场巡检人员成本较高。对于蓄电池的维护，如在线核容实验要求步骤较多，一担工作人员操作失败，就会造成不可挽回的灾难。

现如今，模式识别和计算机视频为基础的视频分析技术是比较成熟的，能够做到在非人工分析的情况下准确分辨、识别以及获取重要目标的有价值信息，并且这一技术在复杂繁多的视频图像中也能够有效的运用。根据目前视频分析技术的优点，把这一技术应用于蓄电池在线监测系统。使其可以连续不断的非人工分析监控画面，及时的向监控人员反馈有价值的信息。对于现有监控系统的作用与能力，不但可以更加有效的发挥而且极容易拓展，使得智能化无人值守变电站蓄电池远程巡检变为现实。

2 相关背景研究

智能视频分析技术：智能视频分析是以计算机视觉技术为基础的，是人工智能研究领域的重要分支。这一技术可以有效的建立图像和图像描述之间的一一对应关系，故其数学映射关系能够使计算机简单有效地把复杂视频画面翻译成数字图像，然后进行处理和分析。基于计算机图像视觉分析技术的智能视频分析技术，可以将场景中背景和目标分离进而分析并追踪在摄像机场景内出现的目标。根据智能视频分析技术的原理，用户想要充分利用视频的内容分析功能，就可以在每个摄像机的场景中预先设定一种报警规则，当摄像机场景内出现的目标违反了预定义规则，系统会机械地发出报警，监控工作站自动收到报警信息并且发出警示信号，反馈给监控人员。用户可以通过查看报警信息，实现报警的场景重组并采取相关措施。

视频监控中所提到的智能视频内容分析主要指的是非人工的分析和抽取视频源中的有价值信息。假如把摄像机比喻为人的眼睛，而人的大脑就是智能视频系统或设备。智能视频技术有效的利用计算机可以高效处理数据，高速分析视频画面中的海量数据，把用户不关心的信息剪裁掉，只把监控人员所需要的有价值的信息反馈给监控人员。

智能视频分析主要目的是主动监控而不是被动监控——事前预警；实时监视的任务交给计算机完成而不是人工——事中处理；目标与事件可以在大量的视频数据中实现快速搜索——事后取证。

3 技术要求及设计

3.1 技术要求

站端硬件部署主要实现以视频智能算法的任务计算负荷，承担系统整体运行的稳定性和实时传输性。因变电站现场环境复杂，为防止事故发生需要站端系统硬件处理能力和计算能力满足视频智能算法的所需资源负荷，针对智能算法的几种数学模型类型如下。

3.1.1 单高斯背景模型法

对于室内环境和没有复杂背景的室外环境可以使用单高斯背景法。该模型的使用主要由两大步骤组成：初始化背景图像；更新背景图像。

初始化背景图像。读取一段时间内视频序列图像中每一像素的灰度值，计算其平均灰度值以及平均灰度值及像素灰度值的方差，然后构成初始背景图像的高斯分布图，如式（1）所示：

（1）

简化如下：

（2）

（3）

更新背景图像。如果场景变化的情况发生，则背景模型需要根据背景图像的变化而发生相应的变化。实时信息是由视频序列提供的，而背景模型进行更新的算法就是利用这一实时信息，如式（4）所示。可以表示时刻的背景图像和实时图像，背景更新率是固定值，可以看出当前对象对背景图像的更新速率。

Bt（x，y）=？籽Bt-1（x，y）+？籽F（x，y） （4）

3.1.2 基于区域法跟踪

模板匹配的目标跟踪算法，通过距离加权、模板更新及局部匹配的方法来提高不同光照条件及变形情况下的鲁棒性，不再采用简单的平方差度量、相关匹配度量和相关系数度量，而是采用如式（5）所示的相似性度量函数：

硬件平台的技术与设备都应当使用目前国际上比较前沿而且成熟的技术和设备，这是考虑到了网络的发展日新月异，所以硬件平台技术与设备应当使得网络环境非常开放，网络服务非常丰富，升级潜力大，扩展性好。采用主干1000Mbps的以太网作为信息传递和数据传输的媒体以及相应的网络设备、接口设备、应用服务器、工作站和计算机终端设备等。

3.2 系统设计

本系统基于原有蓄电池在线监测装置总站系统，把智能视频图像分析服务器添加在前端变电站，把报警管理平台添加在中心运行管理所。智能视频图像分析服务器不间断的检测前端变电站的视频，报警管理平台反馈报警信息给运行管理所监控人员，然后由监控人员处理报警信息和现场证据收集。这样组成的系统主要功能和实现方式如下：

变电站蓄电池室内蓄电池运行状况检测。一旦确认蓄电池出现运行故障时，如冒烟、着火、爆炸，及时报警并上传到监控中心。

在变电站现场对蓄电池进行在线实验时，一旦确认操作人员操作有误，变电站现场报警灯亮起，并触发警铃，并上传到监控中心。

远程进行蓄电池在线实验时，实验过程中一旦确认蓄电池出现运行故障，会及时报警并上传到监控中心，且将视频信息进行存储，以备事后的故障追忆和事故分析。

本系统是建立在原有的电力变电站监控系统基础上的，只需要把原有的监控摄像机信号源分出2路，智能视频分析服务器接受其中一路视频，就是以现有监控系统为基础实现迅速、平滑的升级为智能视频监控系统。

在前端变电站，摄像机把视频图像输入智能视频分析服务器，使其可以根据人工设定的规则处理视频图像，并且对设定目标完成非人工跟踪和预告报警，当发现目标违反了预先设定的规则，立刻通过电力专网发出告警信息到运行管理所。在管理所监控人员收到报警信息的方式为：视频弹出，声音提示+文字提示。在原有平台基础上，新系统可以实现实时视频浏览，同时实现了人员入侵实时报警及抓拍，使得现有系统报警的误报率和准确率较高的问题得到有效的解决，并且由于报警发生时的实时抓图所需要的存储资源较小，从而使得监控管理效率有了很大的提高。

本方案主要目的是提高变电站监控系统的智能化水平，为蓄电池在线监测提供准确可靠的报警并尽量减少漏报，并及时提供和保留报警现场证据。

3.3 系统实现

系统主要实现了以下业务功能：

前端检测规则设置：主要为报警区域、触发方式。

系统管理：设备管理、用户管理、地图管理、系统设置、布防设置。

报警视图：电子地图、报警视频、报警图片、报警类型。

报警历史信息查询：报警图片、报警视频、报警类型、报警时间。

地图查看：查看布置点位、点位报警状态。

4 结束语

现如今的电力行业中，无人值守工作模式被大多数变电站采用。在保证其正常运行的前提下才能保证电力企业以及整个电网的正常运作。在现有的监控系统基础上应用视频分析技术可以解决无人值守变电站远程蓄电池巡检的现存问题和不足，并且给出了相应的设计方案。虽然，在原有的监控系统的基础上结合了视频分析技术使得无人值守变电站蓄电池巡检的安全性变得很高，但是受限制于变电站自身的环境，例如地理位置、天气、设施布局等因素的影响。因此在监控系统安装的时候，监控没备安装点的选择需要根据变电站自身的具体条件作出最优选择。想要使得监控系统得到最好的监控效果，就需要监控设备选择最优的安装点，并且要反复调试视频监控以及视频分析算法的相关参数。